壳管式换热器和端板的制作方法

1.本实用新型涉及一种壳管式换热器。
2.更具体地，本实用新型被设计成用于在两种流体之间并且具体地是在气体和液体之间进行热交换。


背景技术：

3.壳管式换热器是已知的，所述壳管式换热器设置有外壳，在所述外壳中一根或多根管子在用于第一流体的第一入口开口和第一出口开口之间延伸。
4.为了将这些管子固定在入口开口和出口开口中，设置了两个所谓的端板，所述端板装配在入口开口和出口开口中，并且在端板中设置了管子延伸穿过的通道。
5.通过这种方式，所有的管子彼此相距一定距离，并且在管子之间和在管子旁边存在空间来引导第二流体。
6.在此上下文中，所述术语“旁边”是指沿着管子的外侧。
7.为了该目的，壳管式换热器设置有用于第二流体的第二入口部分和第二出口部分，所述第二流体能够在上述管子之间和在管子旁边被引导。
8.众所周知，这种壳管式换热器的外壳通常是通过铸造过程制造的铸件。
9.在这方面，所有上述的入口开口和出口开口也都被精加工，这是因为紧接在铸造过程之后入口开口和出口开口的尺寸还不够精确。
10.然而，重要的是这些尺寸必须非常精确，因为带有端板的管子在他们被安装时经由第一入口开口和第一出口开口被推动穿过外壳。
11.此外，外壳的内侧也在特定位置被精加工，因为由于外壳设计，当端板与管子一起安装在外壳中时，端板将在这些位置与内侧接触。
12.尤其是第一入口开口和第一出口开口需要被精加工，因为上述端板必须安装在这些开口中。
13.入口开口和出口开口具有圆形横截面，使得可以通过具有旋转头的车削操作一步完成精加工。
14.端板具有与该横截面对应的圆形形状。
15.然而，管子延伸穿过的通道并未分布在端板的整个表面上。
16.圆形的两个对称相对的部段没有这种通道，并且因此也没有管子。
17.这是为了使第二流体必须在管子之间行进的路径的长度最小化以便遇到(cross)所有的管子，并且同样地使从第二入口开口到第二出口开口的流动最小化。
18.如果要为端板的整个表面设置管子，则对于第二流体来说，该路径的长度将会长得多，并且这将导致过度的压降。
19.端板的自由部段的缺点是，当第二流体流动通过外壳时端板的自由部段会受到压力。
20.结果，端板弯曲并且管子承受应力。
21.为了避免这种情况，端板必须更硬并且因此更厚。
22.对于大型换热器，这种影响甚至更大。
23.大型换热器的另一个缺点是端板有大的尺寸，并且因此上述自由部段也是如此。
24.这意味着外壳的壁离管子太远，使得不能够在这些管子之间和管子旁边实现对第二流体的最佳引导。
25.实际上，外壳必须成形为使得壁使第二流体与管子尽可能紧密接触，以便在第二流体和管子之间获得良好的热传递。
26.由于自由部段的原因，外壳的壁位于离管子相对较远的位置，这意味着壁的形状不是获得该效果(良好的热传递)的最佳形状。


技术实现要素：

27.本实用新型的目的在于解决上述缺点和/或其他缺点中的至少一个。
28.本实用新型涉及一种壳管式换热器，所述壳管式换热器用于在两种流体之间进行热交换，所述壳管式换热器设置有外壳，在外壳中一根或多根管子在用于第一流体的第一入口开口和第一出口开口之间延伸，其中在第一入口开口中设置入口端板以封闭第一入口开口，并且其中在第一出口开口中设置出口端板以封闭第一出口开口，并且其中在入口端板和出口端板中设置管子延伸穿过的通道，其中所述壳管式换热器还设置有用于第二流体的第二入口开口和第二出口开口，使得所述外壳内的第二流体能够在上述管子之间和管子旁边被引导，其特征在于，入口端板和出口端板具有包含两个圆形部段的环形形状，所述两个圆形部段通过两个直线部段或两个远离彼此弯曲的部段相互连接，并且所述两个远离彼此弯曲的部段的曲率半径始终大于两个圆形部段的最大曲率半径。
29.第一个优点是，由于入口端板和出口端板的环形形状，外壳能够更好的成形，由此外壳的壁(具体地是上述直线部段或远离彼此弯曲的部段附近)能够更好、更紧密地贴合管子，使得第二流体能够被更好地在管子旁边和管子之间被引导。这将促进第一流体和第二流体之间的热传递。
30.另一个优点是，端板中的没有管子将延伸穿过的自由部段现在不存在。入口端板和出口端板将承受更小的压力，这意味着它们将不必加厚以防止它们弯曲并且因此对管子施加应力。
31.此外，入口端板和出口端板在任何情况下都比具有圆形端板的已知壳管式换热器小。这使得入口端板和出口端板更轻并且因此更容易与管子一起安装。
32.另一个附加的优点是，第一入口开口和第一出口开口仍然能够轻松地被精加工。
33.第一入口开口和第一出口开口将具有分别对应于入口端板和出口端板的形状，其中精加工包括两个车削操作：第一车削操作，所述第一车削操作具有相对较小的车削头并且针对两个圆形部段，以及第二车削操作，所述第二车削操作成铣削、刨削或类似方式并且针对直线部段或远离彼此弯曲的部段。
34.两个圆形部段必须在从第一入口开口到第一出口开口穿过外壳的所有位置处被精加工，因为外壳将在这些位置贴合(follow)端板的形状。
35.相比之下，直线部件或远离彼此弯曲的部段只需在第一入口开口和第一出口开口处进行精加工。
36.优选地，从包含入口端板和出口端板的组中选择的一个或多个端板沿管的轴向方向可移动地连接到外壳。这也被称为“浮动”端板。
37.这能够通过将这些一个或多个端板中的至少一个可移动地定位在紧固到外壳的环中来实现。
38.将一个或多个端板可移动地连接到外壳的优点是能够适应管子的热轴向膨胀。
39.根据本实用新型的优选特征，端板分别一方面在外壳与入口端板之间以及另一方面在外壳和出口端板之间没有密封件。
40.因为能够非常精确地加工第一入口开口和第一出口开口，因此第一入口开口和第一出口开口分别与入口端板和出口端板之间的间隙将非常小。
41.尽管将存在通过该间隙的非常小的第二流体的泄漏流，但没有必要设置密封件。
42.这样做的优点是不需要在壳管式换热器中设置额外的部件，从而使壳管式换热器的组装更简单、更便宜。
附图说明
43.为了更好地演示本实用新型的特征，作为没有任何限制性特征的示例，以下参考附图描述了根据本实用新型的壳管式换热器的一些优选实施例，其中：
44.图1是根据本实用新型的壳管式换热器的透视示意性图示；
45.图2示出了根据图1中线ii-ii的剖视图；
46.图3示出了根据图1中线iii-iii的剖视图；
47.图4示出了根据图1中线iv-iv的剖视图；
48.图5示出了带有管子的端板的细节。
具体实施方式
49.图1至图4所示的根据本实用新型的壳管式换热器1包括外壳2。
50.外壳2设置有第一入口开口3和第一出口开口4。
51.在所述第一入口开口3和第一出口开口4之间，多个管子5在外壳2内延伸。
52.第一流体能够流动通过这些管子5。管子5也被统称为束或管束。
53.在这种情况下，但对于本实用新型并非必须的，管子5设置有所谓的翅片6，翅片6将增大管子5的热交换表面。
54.分别在第一入口开口3和第一出口开口4中，设置入口端板7b 和出口端板7a以分别封闭第一入口开口3和第一出口开口4。
55.在该入口端板7b和出口端板7a中，设置了管子5延伸穿过的开口8。
56.图5示出了具有端板7a、7b的管子5的细节。
57.壳管式换热器1的外壳2还设置有第二入口开口9和第二出口开口10。
58.经由该第二入口开口9和第二出口开口10，第二流体能够流动通过外壳2，并且在上述管子5旁边和管子之间被引导。
59.从图中能够看出，第二入口开口9位于管子5的第一侧部处的外壳2的第一部分14中，并且第二出口开口10位于管子5的第二侧部处的外壳的第二部分15中，该第二侧部相对于管子5与第一侧部相对。
60.这样，第二流体被迫在管子5之间流动。
61.根据本实用新型，上述入口端板7b和出口端板7a具有包含两个圆形部段11的环形(circumferential)形状，这两个圆形部段11通过两个直线部段12或两个远离彼此弯曲的部段相互连接，并且两个远离彼此弯曲的部段的曲率半径始终大于两个圆形部段11的最大曲率半径。
62.在如图所示的壳管式换热器1的情况下，两个圆形部段11是半圆。
63.第一入口开口3和第一出口开口4具有相对应的形状，如图1和图4所示。
64.在这种情况下，在入口端板7b和出口端板7a的环形形状的圆形部段11以及这些圆形部段11在管子5整个长度上的几何延伸的区域内，外壳2紧密地贴合到管子5或翅片6(如果存在)。
65.如图3和图4所示，在第一入口开口3和第一出口开口4之间的整个距离上，外壳2的内侧13具有与两个这样相对的圆形部段11互补的形状。
66.由于这种形状，管子5和外壳2的内侧13之间的空间将受到限制，这意味着很少有第二流体能够通过该路径围绕管子5流动，迫使大部分第二流体在管子5之间流动。这对于第一流体和第二流体之间的热传递具有有利影响。
67.在第一入口开口3和第一出口开口4的环形形状的圆形部段11 的在管子5的整个长度上的几何延伸的区域内，外壳2的第一入口开口3、第一出口开口4和外壳2的内侧13都被精加工以去除由外壳2 的铸造导致的不平整部分。
68.在这种情况下，出口端板7a固定地连接到外壳2，出口端板7b 借助于螺栓紧固到外壳2。
[0069]“固定地连接”在此意味着出口端板7a不能相对于外壳2移动。
[0070]
在这种情况下，入口端板7b可移动地连接到外壳2。
[0071]
这意味着入口端板7b能够在管子5的轴向方向上相对于外壳2 移动一小段距离。
[0072]
该距离足以适应管子5的热膨胀和收缩。
[0073]
实际上，如果两个端板7a、7b都固定地连接到外壳2，则它们之间的距离将被固定并且管子5的膨胀和收缩将导致管子5和端板7a、 7b中的应力。
[0074]
为了实现入口端板7b与外壳2的可移动连接，可以使用环，在管子5的轴向方向上入口端板7b可移动地布置在环中，该环固定到外壳 2。
[0075]
根据本实用新型，入口端板7b固定地连接到外壳2并且出口端板 7a可移动地连接到外壳2、或者入口端板7b和出口端板7a都可移动地连接到外壳2并非不可能。
[0076]
在这种情况下，换热器1在端板7a、7b和外壳2之间没有密封件。
[0077]
因为第一入口开口3和第一出口开口4可以被精确地加工，端板 7b、7a和上述开口3、4之间将只有非常小的间隙。
[0078]
由于该间隙，可能会出现小的泄漏流，从而第二流体能够离开外壳2，但是该泄漏流非常小以至于可以忽略不计，并且该泄露流不会比设置上述密封件将所需的额外部件和附加的装配步骤影响大 (outweigh)。
[0079]
尽管在本示例中并非如此，但在外壳2中设置多个偏转板、隔板或所谓的挡板并非不可能，它们使得第二流体围绕这些隔板的端部移动以便延长外壳2中的第二流体的流动路径。
[0080]
壳管式换热器1的操作非常简单并且如下所示。
[0081]
第一流体将从第一入口开口3通过管子5流动到第一出口开口4。
[0082]
第二流体将从第二入口开口9通过外壳2流动到第二出口开口10。
[0083]
在此过程中，第二流体将与管子5和翅片6接触，从而使得能够根据两种流体之间的温差在两种流体之间发生热传递。
[0084]
重要的是要注意，第一流体的温度能够高于第二流体，或第二流体的温度能够高于第一流体，或者换句话说，第一流体和第二流体之间的热传递能够在两个方向上发生。
[0085]
而且，第一流体和第二流体都能够是气体或液体。
[0086]
外壳2成形为使得第二流体在管子5旁边并且在管子5之间流动，从而使得热传递尽可能有效率。
[0087]
具体地，从图中可以看出，第二入口开口9和第二出口开口10 分别位于管子5的一个端部处，并且分别位于管子5的不同侧部，使得第二流体必须在管子5之间流动，以便从第二入口开口9流动到第二出口开口10。
[0088]
此外，在第二入口开口9处在管子5的第一侧部上的外壳2的第一部分14在管子5的轴向方向上从该第二入口开口9开始也将愈加靠近管子5地延伸，从而将外壳2中的第二流体的输入流愈加朝向接近管子5推动。
[0089]
相反，在第二出口开口10处在管子5的第二侧部上的外壳2的第二部分15在管子5的轴向方向上从该第二出口开口10开始将愈加靠近管子5延伸，从而给外壳2中的第二流体的输出流越来越多的空间离开外壳2。
[0090]
总的来说，可以说管子5对角地穿过外壳2延伸，可以这么说，第二入口开口9和第二出口开口10定义了另一条对角线。
[0091]
由于外壳2的这种形状，第一流体和第二流体之间的热传递将是有效率的。
[0092]
在这种情况下，第二入口开口9位于第一出口开口4处，并且第二出口开口10位于第一入口开口3处。
[0093]
结果，第一流体和第二流体将以基本相反的方向流动通过外壳2。通过这种相反的流动，第一流体和第二流体之间的对数平均温差被最大化，从而使第一流体和第二流体之间的热传递最大化。
[0094]
在两种流体都已经通过壳管式换热器1之后，由于两种流体之间的热传递，一种流体已经被加热而另一种流体已经被冷却。
[0095]
尽管在所示的示例中，流体以基本相反的方向流动通过壳管式换热器1，但是它们以基本相同的方向流动并非不可能。
[0096]
本实用新型决不限于作为示例描述并在附图中示出的实施例，根据本实用新型的壳管式换热器能够以所有形状和尺寸实施而不脱离如权利要求中所界定的本实用新型的范围。